DE2019104C3 - Amplifiers for electrical signals - Google Patents

Description

und daß die Verstärkungskennlinie G (ω) des Hauptverstärkers (12) und die Verstärkungskennlinie g (ω) des Fehlcrverstärkers (17) sowie der Übertragungs- und Kcpplungskoeffizientdes Kopplers (20) sich als Funktion der Verstärkungsfrequenzkennlinie Fftü^ ändern.and that the gain characteristic G (ω) of the main amplifier (12) and the gain characteristic g (ω) of the error amplifier (17) as well as the transmission and coupling coefficient of the coupler (20) change as a function of the gain frequency characteristic Fftü ^.

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungskennlinie des Haupt- und Fehlerverstärkers (12,17) sich entsprechend der Funktion2. Amplifier according to claim 1, characterized in that the gain characteristic of the main and error amplifier (12,17) according to the function

und der Kopplungskoeffizient \k\ des Kopplers (20) sich entsprechend der Funktionand the coupling coefficient \ k \ of the coupler (20) varies according to the function

ändern.change.

3. Verstärker nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Dämpfungsglied (32), das in Reihe mit dem Fehlereinführungsnetzwerk (19) liegt und das eine Dämpfungskennlinie hat, deren Größe gleich dem Übertragungskoeffizienten des Kopplers (20) ist.3. Amplifier according to claim 1, characterized by an attenuator (32) in series with the Defect introduction network (19) is located and has a damping characteristic whose size is equal to the Is the transmission coefficient of the coupler (20).

4. Vertärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsglied (32) ein reaktiver Vierpol mit denselben ÜbertragungskoeffizientL-n wie der Koppler (20) ist.4. Amplifier according to claim 3, characterized in that the attenuator (32) is a reactive Quadrupole with the same transmission coefficient L-n as the coupler (20).

Die Erfindung betrifft Verstärker für elektrische Signale.The invention relates to amplifiers for electrical signals.

In einem Aufsatz »Error-Controlled High Power Linear Amplifiers at VHF«, der in der Ausgabe von Mai-Juni 1968 des Bell System Technical Journal auf Seiten 651 -722 veröffentlich ist, haben H. S e i d e I und andere einen rauscharmen Verstärker beschrieben, der die Fehlerkorrektur mit Vorwärtskopplung verwendet. Insbesondere ist die beschriebene Schaltung fürIn an essay, "Error-Controlled High Power Linear Amplifiers at VHF," which was published in Published May-June 1968 of the Bell System Technical Journal at pages 651-722, H. S e i d e I and others describe a low noise amplifier using feedforward error correction. In particular, the circuit described is for

ίο Hochleistungsverstärker mit konstanter Verstärkung geeignet Ein weiterer Verstärker mit einer solchen Fehlerkorrektur, der für einen Schmalbandbetrieb bei Mikrowellen bestimmt ist, wird in der US-PS 25 92 716 beschrieben. Als Signalteiler werden dabei Hybridkopp- !er benutzt.ίο High-performance amplifier with constant gain Another amplifier with such an error correction, which is suitable for narrowband operation Microwave is determined is described in US-PS 25 92 716. Hybrid coupling devices are used as signal splitters !he uses.

Bei dem Versuch, ähnliche Verfahren als Mittel zum Kompensieren von Verstärkern mit frequenzabhängigen Verstärkungskennlinien zu verwenden, die auch Gebiete mit verhältnismäßig niedriger Verstärkung umfassen, wurde es bald klar, das die bisher entwickelten Kriterien und Verfahren nicht mehr geeigent sind und daß die so aufgebauten Verstärker nicht zufriedenstellend arbeiten. Offensichtlich ist eine andere Lösung erforderlich.When trying to use similar methods as a means of compensating for amplifiers with frequency dependent Use gain characteristics that also cover areas with relatively low gain It soon became clear that the criteria and procedures developed so far were no longer suitable and that the amplifiers so constructed do not work satisfactorily. Obviously there is another solution necessary.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Verstärker zu schaffen, der diese Schwierigkeiten überwindet. Die Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben.It is the object of the invention to provide an amplifier which overcomes these difficulties. the The solution to the problem is given in claim 1.

Im Verstärker wird also der Fehler in Beziehung zu einem zeitlich verschobenen Referenzsignal bestimmt und in einer zeitlichen Folge korrigiert, die im Einklang mit dem Hauptsignal steht. Dementsprechend weist der Verstärker mit Vorwärtskopplung oder Vorwärtskompensation zwei parallele Signalwege auf. Ein Weg, der Hauptsignalweg genannt wird, enthält einen oder mehrere Signalverstärker und wirkt in üblicher Weise auf das zu verstärkende Signal. Der Hauptsignalverstärker ist durch eine Verstärkungsfrequenzkennlinie gekennzeichnet, die sich als Funktion der Frequenz ändert. Ein zweiter Weg, der Fehlersignalweg genannt wird, faßt die Fehler zusammen, die durch den Signalvemärker in das Signal eingebracht werden. Diese Fehlerkomponenten, die sowohl rauschen als auch Intermodulationsverzerrungen umfassen, werden im Fehlersignal weg mit einem Pegel und in geeigneter Zeit- und Phasenbeziehung aufgenommen, derart, daß sie in den Hauptsignalweg so eingeführt werden können, daß die Fehlerkomponenten im Hauptsignalweg gelöscht werden.In the amplifier, the error is determined in relation to a reference signal that has been shifted over time and corrected in a time sequence consistent with the main signal. Accordingly, the Amplifier with feedforward or feedforward compensation has two parallel signal paths. One way that Is called the main signal path, contains one or more signal amplifiers and acts in the usual way on the signal to be amplified. The main signal amplifier is characterized by a gain frequency characteristic which changes as a function of frequency. A second path, called the error signal path summarizes the errors that are introduced into the signal by the signal flag. These error components, which include both noise and intermodulation distortion, become recorded in the error signal away with a level and in a suitable time and phase relationship, such that they can be introduced into the main signal path so that the error components in the main signal path to be deleted.

Das Fehlersignal erhält man durch Vergleich eines Teils des Eingangssignals, der als Referenzsignal bezeichnet wird, mit einem Teil des verstärkten Hauptsignals. Das Abtasten des verstärkten Signals geschieht mit Hilfe eins einzigen reaktiven Vierpols, dessen Leistungsteilungsverhältnis dieselbe Frequenzkennlinie wie der Signalverstärker hat.The error signal is obtained by comparing part of the input signal that is used as the reference signal with part of the amplified main signal. Sampling the amplified signal happens with the help of a single reactive quadrupole whose power division ratio has the same frequency characteristic like the signal amplifier did.

Ein erster Vorteil der Erfindung besteht darin, daß anders wie bei bekannten Verstärkern mit Vorwärtskopplung die Gesamtverstärkung des fehlerkorrigierten Signals größer als die Verstärkung des Hauptsignalverstärkers ist.A first advantage of the invention is that, unlike known amplifiers with feedforward the total gain of the error-corrected signal is greater than the gain of the main signal amplifier is.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das Signal- zu Rauschverhältnis des fehlerkorrigierten verstärkten Signals größer als das Signal- zu Rauschverhältnis des Fehlerverstärkers ist.Another advantage of the invention is that the signal-to-noise ratio of the error-corrected amplified signal is greater than the signal-to-noise ratio of the error amplifier.

(15 Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt(15 The invention is described below with reference to the drawings described. It shows

F i g. I ein Blockschemu eines Weitverkehr-Übertragungssystems, das in Abständen Verstärker enthält,F i g. I a block diagram of a wide area transmission system, which contains amplifiers at intervals,

F i g. 2 zur Erklärung einen bekannten Verstärker mit Vorwärtskopplung,F i g. 2 to explain a known amplifier with feedforward,

Fig.3 eine Ausführung eines Verstärkers mit Vorwärtskopplung gemäß der Erfindung und3 shows an embodiment of an amplifier with feedforward according to the invention and

F i g. 4 ein Ausführungsbeispiel einer Art ·οη Koppler mit einer speziellen Leistungsteiiungsverhältnis-Kennlinie. F i g. 4 shows an exemplary embodiment of a type of coupler with a special power division ratio characteristic curve.

Fig. 1 zeigt ein Nachrichtenübertragungssystem, das aus einem Sender 5 und einem Empfänger 6 besteht, die mit Hilfe einer Übertragungsleitung 7 verbunden sind. Wegen der zur Übertragungsleitung 7 gehörigen Verluste sind in regelmäßigen Abständen Verstärker 8 eingefügt.Fig. 1 shows a communication system that consists of a transmitter 5 and a receiver 6, which are connected by means of a transmission line 7. Because of the losses associated with the transmission line 7, amplifiers 8 are installed at regular intervals inserted.

Die an die Verstärker gestellten Forderungen ändern sich selbstverständlich von System zu System. Eine allgemeine Forderung besteht darin, daß sie das übertragene Signal so verstärken sollen, daß die auf der Übertragungsleitung auftretenden Verluste kompensiert werden. Da diese Verluste typischerweise nicht gleichförmig sind, muß die Verstärkungskernlinie jedes Verstärkers (als Funktion der Frequenz) so geformt sein, daß die besondere Verlustkennlinie der Übertragungsleitung kompensiert wird. Im allgemeinen sind die Übertragungsverluste bei höheren Frequenzen höher. Dementsprechend ist die Verstärkung der Verstärker bei diesen höheren Frequenzen höher.The demands placed on the amplifiers naturally change from system to system. One general requirement is that they should amplify the transmitted signal so that the on the Transmission line losses are compensated. Since these losses typically do not are uniform, the gain kernel of each amplifier (as a function of frequency) must be so shaped be that the particular loss characteristic of the transmission line is compensated. In general they are Transmission losses are higher at higher frequencies. The gain of the amplifier is accordingly higher at these higher frequencies.

Schließlich werden die Verstärker vorteilhafterweise so aufgebaut, daß sie ^o frei, wie wirtschaftlich nö '.ig, von Verzerrung sind. Zum Beispiel begrenzt die Inter modulationsverzerrung dritter Ordnung in einem Träger-Nachrichtensystem die Kapazität des Systems wesentlich. Daher ergibt jede wesentliche Herabsetzung uer Intermodulationsverzerrung vorteilhafterweise eine entsprechende Vergrößerung der Systemkapazität und der Wirtschaftlichkeit.Finally, the amplifiers are advantageously constructed in such a way that they are free of, as economically necessary, of Are distortion. For example, it limits third order inter modulation distortion in a bearer communications system the capacity of the system is significant. Hence, any substantial reduction results in u Intermodulation distortion advantageously a corresponding increase in the system capacity and of profitability.

Die nun zu beschreibende Erfindung betrifft einen rauscharmen, verzerrungsarmen Verstärker mit einer willkürlichen Verstärkungskennlinie F(u>). Bevor jedoch auf diesen Verstärker eingegangen wird, soll zunächst ein verwandter Verstärker bekannter Art betrachtet werden, der in F i g. 2 dargestellt ist.The invention now to be described relates to a low-noise, low-distortion amplifier having an arbitrary gain characteristic F (u>). Before discussing this amplifier, however, a related amplifier of known type should first be considered, which is shown in FIG. 2 is shown.

Die F i g. 2, die zur Erklärung und zum Vergleich eingeschaltet ist, stellt ein vereinfachtes Blockschema des bekannten Verstärkers mit Vorwärtskopplung dar, der von Seidel u. a. in dem oben erwähnten Aufsatz beschrieben ist. Im Betrieb wird das Eingangssignal in zwei vorzugsweise ungleiche Komponenten geteilt. Die kleinere Komponente, d. h. das Hauptsignal (oder einfach das Signd) wird auf einem Hauptsignalweg 11 zu einem Hauptsignalverstärker 12 geleitet. Die andere größere Komponente, d. h. das Referenzsignal, wird auf einem Referenzsignalweg 13 weitergeleitet, der ein Verzögerungsnetzwerk 16 enthält.The F i g. 2, which is switched on for explanation and comparison, represents a simplified block diagram of the known feed-forward amplifier made by Seidel et al. in the above-mentioned paper is described. In operation, the input signal is divided into two preferably unequal components. the smaller component, d. H. the main signal (or simply the signal) is transmitted on a main signal path 11 routed to a main signal amplifier 12. The other major component, i. H. the reference signal, is on forwarded a reference signal path 13 which contains a delay network 16.

Das Signal wird durch den Verstärker 12 verstärkt und ein kleiner Teil des verstärkten Signals in einen Fehlersignalweg mit Hilfe der Richtkoppler 14 und 15 eingekoppelt, wo es mit dem zeitverzögerten Referenzsignal verglichen wird. Die Abtrennung der Fehlerkomponenten, die durch den Verstärker 12 in das verstärkte Signal eingeführt werden, geschieht durch Einstellen der Amplitudenphasen und Zeitverzögerungen, die zum Referenzsignal und zum abgetasteten verstärkten Signal gehören, in der Weise, daß die Signalkomponenten sich löschen und nur Fehlerkomponenten übrigbleiben. Der Phasenschieber 23, das Verzögerungsnetzwerk 16 und die Koppler 14 und 15 sind sämtlich in für diesen Zweck geeigneter Weise aufgebaut.The signal is amplified by amplifier 12 and a small portion of the amplified signal into one Error signal path coupled in with the help of directional couplers 14 and 15, where it is with the time-delayed reference signal is compared. The separation of the error components amplified by the amplifier 12 into the The signal introduced is done by adjusting the amplitude phases and time delays leading to the Reference signal and the sampled amplified signal, in such a way that the signal components delete themselves and only error components remain. The phase shifter 23, the delay network 16 and the couplers 14 and 15 are all constructed in a manner suitable for this purpose.

Das so erhaltene Fehlersignal wird im Fehlerverstär ker 17 verstärkt, dessen Verstärkung so bemessen ist, daß das Fehlersignal auf einen geeigeüten Pegel gebracht wird, um irgendwelche Fehlerkomponenten im Hauptsignalweg zu löschen, die'durch den Signalverstärker 12 eingeführt sein können. Die durch den Fehlerverstärker 17 eingeführte Verzögerung wird durch ein geeignetes Verzögerungsnetzwerk 18 im Hauptsignalweg kompensiert. Die Phaseneinstellungen werden im Phasenschieber 24 durchgeführt. DieThe error signal obtained in this way is amplified in the error amplifier 17, the gain of which is so dimensioned that the error signal is brought to an appropriate level to avoid any error components in the Delete the main signal path through the signal amplifier 12 can be introduced. The delay introduced by the error amplifier 17 becomes compensated for by a suitable delay network 18 in the main signal path. The phase settings are carried out in the phase shifter 24. the

ίο Einführung des abgetrennten Fehlersignals in den Hauptsignalweg geschieht mit Hilfe eines reaktiven Fehlereinführungsnetzwerks 19, das in diesem Falle ein Transformator mit dem Windungsverhältnis N : 1 ist.ίο Introduction of the separated error signal in the The main signal path is done with the help of a reactive fault induction network 19, which in this case is a Transformer with the turns ratio N: 1.

Eine der Fehlerkomponenten, die mit Hilfe des obenOne of the failure components that can be resolved with the help of the above

is beschriebenen Vorwärtskopplungsverfahrens beseitigt werden soll, ist das Rauschen des Hauptsignalverstärkers. In einem Leistungsverstärker kann dieses Rauschen beträchtlich sein. Bei dem Verfahren wird das im Fehlerverstärker vorhandene thermische Rauschen ersetzt; schließlich ist es die Rauschzahl des Fehlerverstärkers, die das gesamte Rauschverhalten des kompensierten Verstärkers bestimmt. Somit ginge ein sehr wichtiger Vorteil der Vorwärtskopplungskompensation verloren, wenn die Schaltung nicht so eingerichtet wäre, daß die Rauschzahl des Fehlerversträrkers minimiert wird. Daher wird das Eingangssignal vorteilhafterweise ungleich geteilt, wobei die größere Signalkomponente in den Referenzsignalweg eingekoppelt wird. Während die Verstärkung des Signalverstärkers 12 größer gemacht werden muß, um diesen Kopplungsverlust zu beseitigen, ist diese Vergrößerung prinzipiell unerheblich insofern, als jede im Signalweg entstehende Verschlechterung der Rauschzahl keine Folgen hat, da das Merkmal der Fehlerlöschung des Vorwärtskopplungssystems das zusätzliche Rauschen einfach als zusätzlichen Fehler behandelt und ihn beseitigt.is eliminated is the noise of the main signal amplifier. In a power amplifier this can be noise be considerable. The method eliminates the thermal noise present in the error amplifier replaced; after all, it is the noise figure of the error amplifier that compensates for the overall noise behavior of the Amplifier determined. Thus, there would be a very important benefit of feedforward compensation would be lost if the circuit were not arranged to minimize the noise figure of the error amplifier will. The input signal is therefore advantageously divided unequally, with the larger signal component is coupled into the reference signal path. While the gain of the signal amplifier 12 is greater must be made to eliminate this loss of coupling, this increase is in principle insignificant insofar as any deterioration in the noise figure that occurs in the signal path has no consequences because the error cancellation feature of the feedforward system simply calls the added noise handles additional errors and eliminates them.

Sämtliche oben beschriebenen Betrachtungen und Faktoren setzen voraus, daß im Signalverstärker eine ausreichende Verstärkung zur Verfügung steht, um die ungleiche Leistungsteilung des Eingangssignals und die Signaldämpfung durch die Koppler 14 und 15 zu kompensieren. Bei der vorliegenden Erfindung wird jedoch die Situation betrachtet, bei der große Verstärkungswerte nicht verfügbar sind. Zum Beispiel sei die Situation betrachtet, bei der der Verstärker die Verluste in einem Übertragungssystem ausgleichen soll, in dem die Verluste an dem einen Ende des interessierenden Frequenzbandes verhältnismäßig klein und am anderen Ende groß sind. In einem speziellen Fall eines bekannten Trägersystems kann sich die Verstärkung des Verstärkers als Funktion der Frequenz im interessierenden Band von 5 bis 30 dB ändern. Der Versuch, die bekannten Betrachtungen auf ein derartiges System anzuwenden, macht, wie nun gezeigt werden soll, das System unverwendbar. Zum Beispiel sei angenommen, daß das Eingangssignal gleich zwischen dem Hauptsignalweg und dem Referenzsignalweg geteilt wird. Diese beiden Komponenten sind in F i g. 2 als O-dB-Signale an den Signalteilerausgängen bezeichnet. Wenn man eine 5-dB-Verstärkung im Verstärker 12 annimmt, beträgt das Signal am Eingangspol 1 des Kopplers 14 +5 dB. Der typische Kopplungsverlust in jedem der beiden Koppler 14 nnd 15 beträgt etwa 10 dB bei einem Gesamtverlust von 20 dB. Somit geht das vomAll of the considerations and factors described above assume that the signal amplifier has a Sufficient gain is available to cope with the unequal power division of the input signal and the To compensate for signal attenuation by the couplers 14 and 15. In the present invention however, consider the situation where large gain values are not available. For example consider the situation in which the amplifier is supposed to compensate for the losses in a transmission system, in which the losses at one end of the frequency band of interest are relatively small and big on the other end. In a special case of a known carrier system, the reinforcement of the amplifier as a function of the frequency in the band of interest change from 5 to 30 dB. Of the Attempt to apply the known considerations to such a system makes, as will now be shown supposed to make the system unusable. For example, assume that the input signal is equal to between is shared between the main signal path and the reference signal path. These two components are shown in FIG. 2 referred to as O-dB signals at the signal splitter outputs. Assuming a 5 dB gain in amplifier 12, the signal at input terminal 1 is des Coupler 14 +5 dB. The typical coupling loss in each of the two couplers 14 and 15 is approximately 10 dB with a total loss of 20 dB. So it goes from

h5 Hau,;isignalweg in den Fehlerverstärker angekoppelte Signal auf — 15 dB herunter. Das Referenzsignal beträgt andererseits etwa 0 dB. Offensichtlich kann unter diesen Umständen keine Löschung der Signale stattfinden.h5 Hau,; isignalweg coupled into the error amplifier Signal down to - 15 dB. The reference signal is on the other hand about 0 dB. Obviously, no cancellation of the signals can take place under these circumstances.

wenn nicht ein 15 dB-Dämpfungsglied in den Referenzsignalweg eingefügt wird. Hierdurch wird selbstverständlich zusätzliches thermisches Rauschen in die Fehlerschaltung eingebracht und die Möglichkeit der Verwirklichung einer verbesserten Rauschzahl vollstendig beseitigt.if not a 15 dB attenuator in the reference signal path is inserted. This of course adds additional thermal noise to the Fault circuit introduced and the possibility of realizing an improved noise figure completely eliminated.

Entsprechend der Erfindung werden diese konkurrierenden und unvereinbaren Forderungen durch Ersetzen der beiden Koppler 14 und 15 durch einen einzigen reaktiven Vierpolkoppler 20 beseitigt, wie er in dem Vorwärtskopplungsverstärker 30 in F i g. 3 dargestellt ist. In jeder anderen Hinsicht sind die Schaltungen der Fig. 1 und 2 im wesentlichen gleich, dementsprechend werden dieselben Identifizierungszahlen zur Bezeichnung entsprechender Schaltelemente verwendet. ι sAccording to the invention, these competing and incompatible demands are replaced by substitution of the two couplers 14 and 15 eliminated by a single reactive quadrupole coupler 20, as in the Feedforward amplifier 30 in FIG. 3 is shown. In all other respects the circuits are the Figs. 1 and 2 are essentially the same, accordingly the same identification numbers are used for designation corresponding switching elements are used. ι s

Bevor zur Schilderung der Arbeitsweise des Verstärkers der Fig. 3 übergegangen wird, sollen die Übertragungseigenschaften eines reaktiven Vierpolkopplers kurz betrachtet werden. Wenn man die Pole 1-2 und 3-4 als konjugierte Polpaare bezeichnet, ist die Strumatrix Aides Kopplers gegeben durchBefore going over to the description of the mode of operation of the amplifier of FIG. 3, the The transmission properties of a reactive four-pole coupler are briefly considered. If you get the pole 1-2 and 3-4 are referred to as conjugate pole pairs, the Strumatrix Aides coupler is given by

M = M =

OO OO S₁₃ P. ₁₃ S₁₄ P. ₁₄ OO OO S₂₃ P ₂₃ S₂₄ P. ₂₄ ss S₃₂ P ₃₂ OO OO

S₄₂ P ₄₂

wobei die Bezeichnungen S/, die Kopplung zwischen dem /-ten und dem 7-ten Pol angibt. Da der Koppler reaktiv ist, ist das reziproke Netzwerk 5,_y=5„ und insbesonderewhere the notation S / indicates the coupling between the / -th and the 7th pole. Since the coupler is reactive, the reciprocal network is 5, _y = 5 "and in particular

= Is₂₄I= Is₄₂I= |f= Is ₂₄ I = Is ₄₂ I = | f

(D(D

wobei t der Kopplungskoeffizient der »Durchgangs«-Signalkomponente ist, undwhere t is the coupling coefficient of the "through" signal component, and

Is₁₄I= Is₄₁ I= Is₂₃!= Is₃₂I=Is ₁₄ I = Is ₄₁ I = Is ₂₃ ! = Is ₃₂ I =

(2)(2)

wobei k der Kopplungskoeffizient der »gekoppelten« Signalkomponente ist.where k is the coupling coefficient of the "coupled" signal component.

Wenn der Koppler 20 zusätzlich bisymmetrisch ist, sind die Matrixkoeffizienten, die jeweils durch die Gleichungen (1) und (2) gegeben sind, in der Phase wie auch in der Größe gleich. Wenn der Koppler asymmetrisch ist, besteht eine Phasendifferenz bei einigen der Koeffizienten.If the coupler 20 is additionally bisymmetrical, the matrix coefficients are represented by the Equations (1) and (2) are given, equal in phase as well as in size. When the coupler is asymmetrical, there is a phase difference in some of the coefficients.

Da für einen reaktiven Vierpol MM*- 1 (wobei das Sternchen den konjugierten Wert des so bezeichneten Ausdrucks angibt) folgt, daßSince for a reactive quadrupole MM * - 1 (where the asterisk indicates the conjugate value of the so named expression) it follows that

S^SS ^ S und damitand thus Is₁₃ Is ₁₃ 1414th ++ S23S24 —S23S24 - 0,0, (3)(3) S_nSiS _n Si !3! 3 ++ S₁₄Sf₄ =S ₁₄ Sf ₄ = 0,0, (4)(4) 1313th ** ++ SS* =SS * = 11 (5)(5) PP. ++ Is₂₃P =Is ₂₃ P = (6)(6)

soso

6060

Wenn man für die Erklärung und Erläuterung annimmt, daß eine Eingangssignalkomponente von IZS sowohl im Hauptsignalweg 11 als auch im Referenzsignalweg 13 vorhanden ist, betragen die Amplituden der Signale an den Kopplerpolen 1 und 2 G und 1, wobei G die Verstärkung des Hauptsignalverstärkers ist. Wenr man für den Augenblick jede Fehlerkomponentt vernachlässigt, beträgt das Signal ν am Eingang de· FehlerverstärkersAssuming for explanation and explanation that an input signal component of IZS is present in both main signal path 11 and reference signal path 13, the amplitudes of the signals at coupler poles 1 and 2 are G and 1, where G is the gain of the main signal amplifier. If one neglects every error component for the moment, the signal ν at the input of the error amplifier is

r = 0"S₁₄ + S₂.r = 0 "S ₁₄ + S ₂ .

Da die Summe des Referenzsignals und des eingekoppelten Teils des verstärkten Signals am Eingang des Fehlerverstärkers gleich Null sein muß wird die Verstärkung G des Signalverstärkers 12 dadurch abgeleitet, daß die Gleichung (7) gleich Null gesetzt wird. Dies ergibtSince the sum of the reference signal and the coupled-in part of the amplified signal at the input of the error amplifier must be equal to zero, the gain G of the signal amplifier 12 is derived by setting equation (7) equal to zero. This gives

oder aus Gleichung (3)
G =or from equation (3)
G =

Das Verstärkerausgangssignal Ko, das gleich dei Summe der in den Pol 3 eingekoppelten Signale ist, isi gegeben durchThe amplifier output signal Ko, which is equal to dei The sum of the signals coupled into the pole 3 is given by

V₀ = GS_n + S₂,. V ₀ = GS _n + S _2,.

(10)(10)

Das Einsetzen von G aus Gleichung (9) ergibtSubstituting G from equation (9) gives

^o ~ ~c*~(Sij) + S₂₃ ^ o ~ ~ c * ~ (Sij) + S ₂₃

^ύ2 ^ύ 2

oderor

ι/ — SnS ι / - SnS

S₂₃SfS ₂₃ Sf

(in(in

(12)(12)

Aus Gleichung (5) ergibt sich, daß der Zähler gleich Eins ist, so daß sich die Gleichtung (12) reduziert zuFrom equation (5) it follows that the numerator is equal to One is such that equation (12) reduces to

1 'n I =1 'n I =

(13)(13)

Da ein Eingangssignal Eins angenommen war definiert die Gleichung (13) auch die Gesamtverstärkungs-Kennlinie des Verstärkers. Der Gleichung (13) isi zu entnehmen, daß die Gesamtverstärkung des Verstär kers 30 der F i g. 3 größer als die Gesamtverstärkung ist die durch den in F i g. 2 dargestellten bekannter Verstärker verwirklicht werden kann, und zwar um der FaktorSince an input signal one was assumed, equation (13) also defines the overall gain characteristic of the amplifier. From equation (13) it can be seen that the total gain of the amplifier kers 30 of FIG. 3 is greater than the total gain by the in F i g. 2 shown known Amplifier can be realized by the factor

5555

Aus Gleichung (13) ergibt sich, daß die Ausgangsspan nung Vo eine Funktion des Kopplungskoeffizienten Sz des Kopplers ist Somit ist die Frequenzkennlinie de! Verstärkers 30 durch die Frequenzkennlinie de; Kopplers 20 bestimmt Umgekehrt wird durch die Festlegung der gewünschten Frequenzkennlinie de! Verstärkers die Kennlinie des Kopplers und di« Verstärkungskennlinie des Verstärkers 12 bestimmtFrom equation (13) it follows that the output voltage Vo is a function of the coupling coefficient Sz of the coupler. The frequency characteristic de! Amplifier 30 by the frequency characteristic de; Coupler 20 is determined. Conversely, by defining the desired frequency characteristic de! Amplifier determines the characteristic of the coupler and the gain characteristic of the amplifier 12

Die Bedeutung des Ausdrucks Su im Ausdruck füi den Verstärkerausgang kann leicht dadurch abgeschätz werden, daß eine Signalpegel-Analyse des Verstärken gleich derjenigen vorgenommen wird, die anhand deiThe meaning of the term Su in the term füi the amplifier output can easily be estimated by doing a signal level analysis of the amplification the same as that made on the basis of the

Fig. 2 gemacht wurde. Es sei wiederholt, daß bei der bekannten Ausführung der F i g. 2 zwei in Konflikt stehende Bedingungen vorhanden waren, die erfüllt werden mußten. Einerseits wurde angestrebt, den Signalverlust im Koppler 14 zu minimieren. Andererseits wurde angestrebt, ein verhältnismäßig großes Referenzsignal mit Hilfe desjenigen Teils des Signals zu löschen, der über die Koppler 14 und 15 gekoppelt wurde. Wie angegeben, konnten diese beiden Forderungen nicht gleichzeitig ohne einen Kompromiß für das Gesamtrauschverhalten des Verstärkers erfüllt werden.Fig. 2 was made. It should be repeated that in the known execution of the F i g. 2 there were two conflicting conditions that were met had to be. On the one hand, the aim was to minimize the signal loss in the coupler 14. on the other hand the aim was to obtain a relatively large reference signal with the help of that part of the signal delete that was coupled via couplers 14 and 15. As stated, both of these claims could cannot be met simultaneously without compromising the overall noise performance of the amplifier.

Bei der Ausführung der Fig. 3 ergibt sich kein derartiger Kompromiß. Zum Beispiel wird beim Anlegen eines O-dB-Signals an den Hauptsignalweg und den Referenzsignalweg wie oben der Koppler 20 so bemessen, daß ein ausreichendes Signal zum Löschen des Referenzsignals eingekoppelt wird. Bei einer 5-dB-Verstärkung im Verstärker würde ein 6-dB-Koppler ein - 1,0-dB-Signal am Pol 4 des Kopplers 20 erzeugen. Dieses Referenzsignal würde einen Verlust von etwa 1 dB im Koppler erfahren, wobei ebenfalls ein - 1,0-dB-Referenzsignal am Pol 4 erzeugt würde. Da die beiden Signale gleich sind, würden sie wie gefordert, gelöscht und kein Signal am Eingang des Fehlerverstärkers 17 erzeugen. Da der Koppler ein reaktives Netzwerk ist, findet keine Adsorption von Energie im Koppler statt, so daß die gesamte Energie, die in die Pole 1 und 2 eingekoppelt war, am Pol 3 austreten muß. Somit ist anders als beim bekannten Verstärker kein Energieverlust im Signalabtastneizwerk trotz der Tatsache vorhanden, daß eine verhältnismäßig große Signalkomponente vom Hauptsignalweg in den Fehlerverstärker eingekoppelt wird, da ein gleicher Betrag vom Referenzweg in den Signalweg eingekoppelt wird. Diese Fähigkeit, verhältnismäßig große Signalkomponenten in den Refernezsignalweg einzukoppeln, bedeutet, daß entsprechend größere Fehlerkomponenten auch in den Fehlerverstärker eingekoppelt werden. Da letztlich das Rauschverhalten des Fehlerverstärkers das Rauschverhalten des Gesamtverstärkers bestimmt, stellt der vorliegende Verstärker eine wesentliche Verbesserung gegenüber dem bekannten Verstärker dar. Wie nunmehr gezeigt wird, ist in der Tat die Rauschzahl des Verstärkers der F i g. 3 kleiner als die Rauschzahl des Fehlerverstärkers.In the embodiment of FIG. 3, there is no such compromise. For example, the Applying a 0 dB signal to the main signal path and dimension the reference signal path as above the coupler 20 so that a sufficient signal for deletion of the reference signal is coupled. With a 5 dB gain in the amplifier, a 6 dB coupler would be used generate a -1.0 dB signal at pole 4 of coupler 20. This reference signal would be a loss experience of about 1 dB in the coupler, whereby a -1.0 dB reference signal would also be generated at pole 4. Since the if both signals are the same, they would be deleted as required and no signal at the input of the error amplifier 17 generate. Since the coupler is a reactive network, no adsorption of energy takes place in the Coupler instead, so that all of the energy that was coupled into poles 1 and 2 must exit at pole 3. Thus, unlike the known amplifier, there is no loss of energy in the signal sampling unit despite the The fact is that a relatively large signal component from the main signal path into the error amplifier is coupled because an equal amount is coupled from the reference path into the signal path. This ability to couple relatively large signal components into the reference signal path means that correspondingly larger error components are also coupled into the error amplifier. There Ultimately, the noise behavior of the error amplifier determines the noise behavior of the overall amplifier, the present amplifier represents a substantial improvement over the known amplifier Indeed, as will now be shown, the amplifier noise figure is shown in FIG. 3 smaller than that Noise figure of the error amplifier.

In der bisherigen Diskussion wurde eine Fehlerkomponente vernachlässigt. Allgemein wird jedoch der Ausgang des Signalverstärkers 12 gleich der Summe des verstärkten Eingangssignals und einer Fehlerkomponente ε sein. Somit ist für ein Eingangssignal mit der Amplitude 1 der Ausgang V des Signalverstärkers 12 vollständig gegeben durchIn the discussion so far, one error component has been neglected. In general, however, the output of the signal amplifier 12 will be equal to the sum of the amplified input signal and an error component ε . Thus, for an input signal with the amplitude 1, the output V of the signal amplifier 12 is completely given by

V = G + t. V = G + t .

(14)(14)

Am Eingang des Fehlerverstärkers werden die Signalkomponenten gelöscht, wobei eine Fehlerkomponente v_e übrigbleibt, die gegeben ist durchThe signal components are deleted at the input of the error amplifier, an error component v _e remaining which is given by

i'_e = f S₁₄ .i ' _e = f S ₁₄ .

(15)(15)

Das Verstärkerfehlersignal V_ft das an den Pol 2 des Fehlereinführungsnetzwerks 19 angelegt wird, beträgt dannThe amplifier _{error signal V ft} which is applied to pole 2 of the error introduction network 19 is then

K = g'Si4, (16) K = g'Si4, (16)

wobei gd\e Verstärkung des Fehlerverstärkers istwhere gd \ e is the gain of the error amplifier

Die Fehlelkomponente im Hauptsignalweg, die über den Koppler 20 in den Pol 1 des Fehlereinführungsnetzwerks eingekoppelt wird, beträgtThe defect component in the main signal path which is transmitted via coupler 20 to pole 1 of the defect introduction network is coupled is

'■„,' = S₁₃. (17)'■ ",' = S ₁₃ . (17)

Durch Summieren von V.und v„„ zu Null erhält manBy adding up V. and v "" to zero one gets

g,S₁₄ + S,., =0 (18)g, S ₁₄ + S,., = 0 (18)

oderor

(19)(19)

Da Sn = 523 ist, reduziert sich die Gleichung (19) zuSince Sn = 523, equation (19) reduces to

(20)(20)

K = -\s K = - \ s

Durch Vergleichen der Gleichungen (9) und (20) ergibt sich, daß die Verstärkungskennlinie des Fehlerverstärkers die gleiche ist, wie die Verstärkungskennlinie des Hauptsignalverstärkers.By comparing equations (9) and (20), it is found that the gain characteristic of the error amplifier is the same as the gain characteristic of the main signal amplifier.

Da jedes durch den Signalverstärker 12 eingeführte thermische Rauschen eine Fehlerkomponente ist und damit durch das in den Signalweg eingeführte Fehlersignal gelöscht wird, ist das einzige thermische Rauschen im Ausgangssignal das Rauschen, das infolge des thermischen Rauschens auftritt, welches im Eingangskreis des Fehlerverstärkers erzeugt wird. Wenn diese thermische Rauschenergie mit T_m bezeichnet ist, so beträgt die thermische Rauschenergie im Fehlerverstärkerausgnag T₀, das gegeben ist durchSince any thermal noise introduced by the signal amplifier 12 is an error component and is thus canceled by the error signal introduced into the signal path, the only thermal noise in the output signal is the noise that occurs as a result of the thermal noise generated in the input circuit of the error amplifier. If this thermal noise energy is denoted by T _m , then the thermal noise energy in the error amplifier output is T ₀ , which is given by

To=To =

(21)(21)

Wenn man g aus Gleichung (20) einsetzt, so ergibt sichSubstituting g from equation (20) gives

(22)(22)

Für das oben angenommene Eingangssignal 1 ist die gesamte Signalenergie Po gleich | Vo|².For the input signal 1 assumed above, the total signal energy Po is equal to | Vo | ² .

Das Einsetzen von V₀ aus Gleichung (13) ergibtSubstituting V ₀ from equation (13) gives

(23)(23)

Aus den Gleichungen (22) und (23) ergibt sich das Rausch-zu-Signal-Verhältnis im Verstärkerausgang zuThe noise-to-signal ratio in the amplifier output results from equations (22) and (23)

N/S = TJVl =N / S = TJVl =

(24)(24)

Da S\3 stets kleiner als Eins ist, ist der Rauschgehalt des Ausgangssignals, gegeben durch die Gleichung (24), kleiner als das thermische Rauschen, das durch den Fehlersignalverstärker eingeführt wird.Since S \ 3 is always less than one, the noise content of the output signal, given by equation (24), is less than the thermal noise introduced by the error signal amplifier.

Wie oben angegeben, ist für zahlreiche Anwendungen die Verstärkungskennlinie des Verstärkers nicht flach, sie wird speziell auf den besonderen Zweck zugeschnitten. Bei der anhand der F i g. 1 gegebenen Erläuterung wurde angegeben, daß die Verstärkungskennlinie der Verstärker 8 durch die Verlustkennlinie der Übertragungsleitung 7 bestimmt ist. Wenn somit die letztere mit Α(ω) bezeichnet wird, so ist die VerstärkungskennlinieAs indicated above, for many applications the gain characteristic of the amplifier is not flat, it is specially tailored for the particular purpose. In the case of the FIG. In the explanation given in FIG. 1, it was indicated that the gain characteristic of the amplifiers 8 is determined by the loss characteristic of the transmission line 7. Thus, if the latter is denoted by Α (ω) , then is the gain characteristic

ί(ω) des Verstärkers 8 zur Erzeugung einer flachen Kennlinie im Empfänger gegeben durch ί (ω) of the amplifier 8 for generating a flat characteristic curve in the receiver given by

Allgemein kann jede beliebige Gesamtverstärkungskennlinie F(us) festgelegt werden, wenn sie einmal festgelegt ist, ist der Verstärker 30 vollständig definiert. Zum Beispiel ist durch Gleichsetzen der Gleichung (13) mit der gewünschten Verstärkungskennlinie der Kopplerparameter 523 gegeben durchIn general, any overall gain characteristic F (us) can be established; once established, the amplifier 30 is fully defined. For example, by equating equation (13) with the desired gain characteristic, the coupler parameter 523 is given by

S„ = νS "= ν

(26)(26)

(Der * kann weggelassen werden, da er sich nur auf die Phase des Matrixkoeffizienten bezieht.)(The * can be omitted as it only relates to the phase of the matrix coefficient.)

Wenn man S23 kennt, kann man aus Gleichung (6) ableiten, daßIf you know S23, you can use equation (6) deduce that

Is₁₃I= M-Is₂₃I²,Is ₁₃ I = M-Is ₂₃ I ² ,

(27)(27)

womit der Koppler vollständig definiert ist.with which the coupler is completely defined.

Aus den Gleichungen (13) und (20) erhält man für die Verstärkung des Signalverstärkers 12 und des Fehlerverstärkers 17The gain of the signal amplifier 12 and the error amplifier are obtained from equations (13) and (20) 17th

G{v,) = g(,„) = I F(,„f - 1. G {v,) = g (, ") = I F (," f - 1.

(28)(28)

Es sei bemerkt, daß alle oben gegebenen Beziehungen auf gleichen Signalen mit der Amplitude Eins beruhen, die an den Hauptsignalverstärker 11 und den Referenzsignalweg 13 angelegt werden. Es wurde jedoch auch angegeben, daß in der Praxis das Eingangssignal vorzugsweise durch den Signalteiler 9 ungleich geteilt wird, und daß die kleinere der beiden Signalkomponenten vorteilhafterweise in den Hauptsignalweg eingekoppelt wird. Wenn dies geschieht, muß die Verstärkung des Hauptsignalverstärkers mit einer Konstanten multipliziert werden, um sich dieser Ungleichheit anzupassen. Somit ist der durch Gleichung (9) angegebene Verstärkungsausdruck allgemeiner gegeben durchIt should be noted that all the relationships given above are based on equal signals with an amplitude of one, those to the main signal amplifier 11 and the reference signal path 13 can be created. However, it has also been stated that in practice the input signal is preferably divided unequally by the signal divider 9, and that the smaller of the two signal components is advantageously coupled into the main signal path. When this happens, the reinforcement of the Main signal amplifier can be multiplied by a constant in order to adapt to this inequality. Thus, the gain term given by equation (9) is more generally given by

-■©■- ■ © ■

(29)(29)

wobei K\ eine Konstante ist.where K \ is a constant.

In gleicher Weise ist die Verstärkung des Fehlerverstärkers allgemein gegeben durchThe gain of the error amplifier is the same generally given by

g =g =

(30)(30)

wobei K2 eine Konstante ist und die Gleichung (28) genau gegeben ist durch die Proportionalitätwhere K2 is a constant and equation (28) is precisely given by the proportionality

~ fF(o,f-ü ~ fF (o, f-ü

(31)(31)

Während somit der Hauptsignalverstärker und der Fehlerverstärker dieselbe Verstärkungsfrequenz-Kennlinie haben, brauchen die absoluten Verstärkungen der beiden Verstärker nicht notwendigerweise gleich zu sein, noch brauchen sie notwendigerweise denselben dynamischen Bereich und dieselben Rauscheigenschaften zu haben. Da der Fehlerverstärker nur einThus, while the main signal amplifier and the error amplifier have the same amplification frequency characteristic the absolute gains of the two amplifiers do not necessarily have to be the same nor do they necessarily need the same dynamic range and noise properties to have. Because the error amplifier is only one

verhältnismäßig kleines Fehlersignal zu verarbeiten braucht, kann sein dynamischer Bereich offensichtlich viel kleiner als derjenige des Signalverstärkers sein. Da in gleicher Weise die Rauscheigenschaften des Fehler-Verstärkers die endgültige Rauschkennlinie des Geamtverstärkers bestimmen, ist der Fehlerverstärker vorteilhafterweise ein viel feinerer Verstärker mit einer relativ kleinen Rauschzahl. Im allgemeinen ist der Fehlciverstärker ein kleiner Verstärker hoher Güte.needs to process a relatively small error signal, its dynamic range can be evident be much smaller than that of the signal amplifier. Since in the same way the noise properties of the error amplifier determine the final noise characteristic of the overall amplifier, the error amplifier is advantageous a much finer amplifier with a relatively low noise figure. In general, the amplifier is a misc a small high quality amplifier.

Während der Koppler allgemein anhand seiner Matrixkoeffizienten 5„ spezifiziert wurde, wurden keine speziellen Schaltungen beschrieben. Offensichtlich kann keine spezielle Schaltung beschrieben werden, da sich die Art des Kopplers ändert je nach der Gesamtverstärkungskennlinie F(a>). Jedoch können einige allgemeine Bemerkungen gemacht und ein Koppler als Beispiel beschrieben werden.While the coupler has generally been specified in terms of its matrix coefficients 5 ", no specific circuits have been described. Obviously, no specific circuit can be described because the type of the coupler changes depending on the overall gain characteristic F (a>). However, some general remarks can be made and a coupler can be described as an example.

Die einfachsten Koppler sind die sogenannten »Hybrid-Koppler«, die in zwei allgemeine Klassen eingeteilt werden können. Bei der einen Klasse, die das »magische-T« enthält, wird das Eingangssignal in zwei Komponenten geteilt, die entweder in Phase oder 180° außer Phase sind. Bei der zweiten Klasse von Kopplern der sogenannten »90°-Koppler« sind die geteilten Signalkomponenten stets 90° außer Phase.The simplest couplers are the so-called "hybrid couplers," which fall into two general classes can be divided. In the one class, which contains the "magic-T", the input signal is split into two Split components that are either in phase or 180 degrees out of phase. With the second class of couplers In the so-called "90 ° coupler", the divided signal components are always 90 ° out of phase.

Da sie reaktive Vier-Pole sind, sind beide Klassen von Kopplern durch zwei Kopplungskoeffizienten t und k gekennzeichnet, die sich als Funktion der Frequenz ändern. Im allgemeinen ändern sie sich jedoch nicht notwendigerweise derart, daß sie die Gleichung (26) erfüllen. Es ist daher notwendig, kompliziertere Kopplungsschaltungen vorzuschlagen, wie z. B. die in F i g. 4 dargestellte.Since they are reactive four-poles, both classes of couplers are characterized by two coupling coefficients t and k that change as a function of frequency. In general, however, they do not necessarily change to satisfy equation (26). It is therefore necessary to propose more complicated coupling circuits, such as e.g. B. the in F i g. 4 shown.

Der in Fig.4 gezeigte Koppler ist ein reaktiver Vier-Pol, bestehend aus einem Paar von Hybriden 40 und 41, die mit Hilfe der beiden Signalwege 42 und 43 miteinander verbunden sind. Der Signalweg 42 enthält ein reaktives Zweipolnetzwerk N, dessen Übertragungskoeffizient t(ü>) und Reflektionskoeffizient k(u>) die notwendige Kopplungskennlinie haben, die von den Gleichungen (26) und (27) gefordert wird. Dieses Netzwerk kann nach den Verfahren aufgebaut werden, die von S. Darlington in seinem Aufsatz mit dem Titel »Synthesis of Reactance 4-Poles« beschrieben sind, der im Journal of Mathematical Physics, Band 30, September 1939, auf Seite 257 - 353, veröffentlicht ist.The coupler shown in FIG. 4 is a reactive four-pole, consisting of a pair of hybrids 40 and 41, which are connected to one another with the aid of the two signal paths 42 and 43. The signal path 42 contains a reactive two-pole network N, the transmission coefficient t (u>) and reflection coefficient k (u>) of which have the necessary coupling characteristic required by equations (26) and (27). This network can be constructed according to the procedures described by S. Darlington in his article entitled "Synthesis of Reactance 4-Poles", which appeared in the Journal of Mathematical Physics, Volume 30, September 1939, at pages 257-353, is published.

Der andere Signalweg enthält ebenfalls ein reaktives Zweipolnetzwerk N^D, das in dualer Beziehung zum Netzwerk N steht. Es hat daher denselben Übertragungskoeffizienten t(a>) wie das Netzwerk N, doch ist der Reflexionskoeffizient - k((u) der negative Koeffizient des Netzwerks N. The other signal path also contains a reactive two-terminal network N ^D , which is in a dual relationship with the network N. It therefore has the same transfer coefficient t (a>) as the network N, but the reflection coefficient - k ((u) is the negative coefficient of the network N.

Im Betrieb wird ein an den Pol 1 angelegtes Signal gleich zwischen den beiden Signalwegen 42 und 43In operation, a signal applied to pole 1 becomes equal between the two signal paths 42 and 43

. 55 geteilt. Für ein Eingangssignal mit der Amplitude Eins sind die in die Signalwege 42 und 43 eintretenden. 55 shared. For an input signal with an amplitude of one are those entering signal paths 42 and 43

Signalkomponenten gleich τκ. Ein Teiler jeder Signalkomponente wird durch die Netzwerke JV und N^D ■ 60 übertragen und in der Hybride 41 wieder vereinigt, um am Pol 3 ein Ausgangssignal f zu erzeugen. Der andere Teil jedes Signals wird von den Netzwerken N und N^D reflektiert, um die beiden reflektierten Signalkompo-Signal components equal to τκ. A divider of each signal component is transmitted through the networks JV and N ^D · 60 and combined again in the hybrid 41 in order to generate an output signal f at the pole 3. The other part of each signal is reflected from networks N and N ^D to produce the two reflected signal components.

k kk k

nenten j/^^und — v^^zu erzeugen. Diese werden in der Hybride 40 vereinigt, um am Pol 4 ein Ausgangssignal k zu erzeugen und damit die geforderte Kopplerkennlinie zu verwirklichen. Offensichtlich können durch dennents j / ^ ^and d - v ^ ^to produce. These are combined in the hybrid 40 in order to generate an output signal k at the pole 4 and thus to realize the required coupler characteristic. Obviously, through the

Fachmann auch andere Kopplungsnetzwerke ebenso leicht vorgeschlagen werden.A person skilled in the art can also easily propose other coupling networks.

Die in Konflikt stehenden Forderungen an das Fehlereinführungsnetzwerk können bei Auftreten größerer Energiebeträge erfüllt werden, indem ein Transformator mit dem Windungsverhältnis N: \ verwendet wird, der wie in Fig. 2 dargestellt, mit dem Fehlerverstärker auf der Seite mit der höheren Windungszahl verbunden wird, wobei die Seite mit der niedrigeren Windungszahl in Reihe mit dem Hauptsignalweg liegt. Diese Schaltung hat die Wirkung, den Hiuptsignalweg in Reihe mit der Ausgangsschaltung zu legen. Sie hat den Nachteil, daß eine gute Anpassung im Hauptsignalweg erforderlich ist, um schädliche Reflexionen zu vermeiden. In Situationen, bei denen dies geschehen kann oder nur geringe Konsequenzen hat, kann auch bei der Ausführung der Erfindung in F i g. 3 die Transformator-Fehlereinführungsschaltung der F i g. 2 verwendet werden.The conflicting requirements for the fault introduction network can be met when larger amounts of energy occur by using a transformer with the turns ratio N: \ which, as shown in FIG. 2, is connected to the fault amplifier on the side with the higher number of turns, where the side with the lower number of turns is in series with the main signal path. This circuit has the effect of placing the main signal path in series with the output circuit. It has the disadvantage that a good match is required in the main signal path in order to avoid harmful reflections. In situations in which this can happen or has only minor consequences, the implementation of the invention in FIG. 3 shows the transformer fault introducer circuit of FIG. 2 can be used.

Bei denjenigen Anwendungen, bei denen ein höherer Grad an Impedanzanpassung erforderlich ist, ist die in Fig.3 dargestellte alernative Anordnung vorzuziehen. Bei dieser Ausführung besteht das Fehlereinführungsnetzwerk 19 aus einem Hybridkoppler 50. Das Signal wird vom Hauptsignalweg in den Pol 1 des Kopplers 50, und das Fehlersignal in den Pol 2 eingekoppelt. Das fehlerkorrigierte Ausgangssignal wird vom Pol 3 abgenommen. Der Pol 4 ist ohmisch abgeschlossen.For those applications where a higher degree of impedance matching is required, the in Fig. 3 shown alternative arrangement to be preferred. In this embodiment, the fault introduction network 19 consists of a hybrid coupler 50. The signal is coupled from the main signal path into pole 1 of coupler 50, and the error signal into pole 2. That The error-corrected output signal is taken from pin 3. The pole 4 is ohmically terminated.

Um Signalverluste infolge der Kopplung zwischen dem Eingangspol 1 und dem abgeschlossenen Pol 4 zu minimieren, wird ein Koppler mit einem größeren Energieteilungsverhältnis (in der Größenordnung von 1OdB) verwendet, der eine flache Kennlinie auf dem interessierenden Frequenzbereich hat. Um den entsprechenden Verlust in dem in den Hauptsignalweg .vs eingeführten Fehlersignal zu kompensieren, muß die Verstärkung des Fehlerverstärkers entsprechend vergrößert werden oder ein getrennter Verstärker 31 mit einer flachen Verstärkungskennlinie in den Fehlersignalweg eingefügt werden. Da dieser Verstärker wahlweise ist, ist er in F i g. 3 gestrichelt dargestellt.To avoid signal losses as a result of the coupling between the input terminal 1 and the terminated terminal 4 will minimize a coupler with a larger energy sharing ratio (on the order of 1OdB) is used, which has a flat characteristic curve in the frequency range of interest. To the appropriate To compensate for the loss in the error signal introduced into the main signal path .vs, the Gain of the error amplifier can be increased accordingly or a separate amplifier 31 with a flat gain characteristic can be inserted into the error signal path. Because this amplifier is optional, it is shown in FIG. 3 shown in dashed lines.

Aus den Gleichungen (9) und (13) ergibt sich, daß die Verstärkung des Verstärkers 12, gegeben durchFrom equations (9) and (13) it follows that the gain of the amplifier 12 is given by

kleiner als die Verstärkung ^- des Gesamtverstärkersless than the gain ^ - of the overall amplifier

30 ist, und zwar um den Faktor Su. Bei manchen Anwendungen kann es vorzusehen sein, daß die Verstärkung des Gesamtverstärkers die gleiche ist, wie die Verstärkung des Hauptsignalverstärkers. In einer derartigen Situation wird ein Dämpfungsglied 32 der Schaltung am Ausgang des Fehlereinführungsnetzwerks 19 hinzugefügt. Jedoch sei bemerkt, daß, um die Gesamtverstärkung an die Verstärkung des Signalverstärkers anzugleichen, das Dämpfungsglied denselben Kopplungskoeffizient Su wie der Koppler 20 haben muß. Dementsprechend wird die erforderliche Dämpfung in dem interessierenden Band am zweckmäßigsten durch Hinzufügen eines zweiten Kopplers verwirklicht, der dieselben Kopplungskennlinien hat wie der Koppler 20, und zwar am Ausgang des Verstärkers, so daß die Gesamtverstärkung des Verstärkers um den Faktor S13 geändert wird. Die Pole 2 und 4 des Kopplers werden ohmisch abgeschlossen.30 is by the factor Su. In some applications it can be provided that the The overall amplifier gain is the same as the main signal amplifier gain. In a in such a situation an attenuator 32 of the circuit becomes at the output of the fault introduction network 19 added. However, it should be noted that in order to adjust the overall gain to the gain of the signal amplifier to equalize, the attenuator have the same coupling coefficient Su as the coupler 20 got to. Accordingly, the required attenuation becomes most appropriate in the band of interest realized by adding a second coupler which has the same coupling characteristics as the coupler 20, at the output of the amplifier, so that the total gain of the amplifier by the factor S13 will be changed. Poles 2 and 4 of the coupler are ohmically terminated.

Die Erfindung wurde anhand eines Verstärkers beschrieben, dessen Verstärkung sich als willkürliche Funktion der Frequenz ändert. Selbstverständlich umfaßt der Ausdruck »willkürliche Funktion der Frequenz« Verstärker mit Verstärkungskennlinien, die von der Frequenz unabhängig sind (die flach in dem interessierenden Frequenzbereich sind), wie auch Verstärker mit Verstärkungskennlinien, die in dem interessierenden Frequenzbereich frequenzabhängig sind.The invention has been described with reference to an amplifier, the gain of which turns out to be arbitrary Function of frequency changes. Of course, the term "arbitrary function" includes Frequency «Amplifiers with gain characteristics that are independent of the frequency (which are flat in the frequency range of interest), as well as amplifiers with gain characteristics in the frequency range of interest are frequency-dependent.

Es sei ferner bemerkt, daß entweder der Hauptsignalverstärker oder der Fehlerverstärker oder beide selbst Verstärker mit Vorwärtskopplung sein können. Dementsprechend sollen die Ausdrücke »Hauptsignalverstärker« und »Fehlerverstärker« so verstanden werden, daß sie Verstärker aller Arten umfassen, einschließlich Verstärker mit Vorwärtskopplung der hier beschriebenen Art.It should also be noted that either the main signal amplifier or the error amplifier or both themselves Amplifiers with feedforward can be. Accordingly, the terms "main signal amplifier" and "error amplifiers" should be understood to include amplifiers of all types, including Amplifier with feedforward of the type described here.

Hierzu 2 Blatt ZeichnuncenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (1)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verstärker für elektrische Signale, der eine Verstärkungsfrequenzkennlinie aufweist und aus einem ersten und einem zweiten parallelen Signalweg besteht, wobei der erste dieser Signalwege hintereinander einen Hauptsignalverstärker und ein erstes Verzögerungsnetzwerk enthält, der zweite Signalweg hintereinander ein zweites Verzögerungsnetzwerk und einen Fehlerverstärker enthält, mit einem Signalteiler, um ein elektrisches Eingangssignal in zwei Signalkomponenten zu teilen und um jeweils eine der Komponenten in das Eingangssnde eines der Signalwege einzukoppeln, weiterhin mit einem Koppler, der zwei Paare von konjugierten Polen aufweist, um einen Teil des Ausgangssignals vom Hauptsignalverstärker in den Eingang des Fehlerverstärkers einzukoppeln, wobei der Hauptsignalverstärker und das zweite Verzögerungsnetzwerk mit dem einen Paar von konjugierten Polen und das erste Verzögerungsnetzwerk und der Fehlerverstärker mit dem anderen Paar von konjugierten Polen des Kopplers gekoppelt sind, und mit einem Fehlereinführungsnetzwerk, um die Signale in den beiden Signalwegen in Zeit und Phase wieder zu vereinigen und um Fehlerkomponenten im Ausgangssignal zu minimieren, dadurch gekennzeichnet, daß der Koppler (20) durch ein reaktives Netzwerk gebildet ist, das einen Übertragungskoeffizienten |f| und einen Kopplungskoeffizienten \k\ zwischen gekoppelten Polen hat, wobei die Beziehung1. An amplifier for electrical signals, which has a gain frequency characteristic and consists of a first and a second parallel signal path, the first of these signal paths containing a main signal amplifier and a first delay network one after the other, the second signal path containing a second delay network and an error amplifier one after the other, with a Signal splitter to divide an electrical input signal into two signal components and to couple one of the components into the input end of one of the signal paths, further with a coupler having two pairs of conjugate poles to divide part of the output signal from the main signal amplifier into the input of the error amplifier to be coupled, wherein the main signal amplifier and the second delay network are coupled to one pair of conjugate poles and the first delay network and the error amplifier are coupled to the other pair of conjugate poles of the coupler, and having an error induction network to recombine the signals in the two signal paths in time and phase and to minimize error components in the output signal, characterized in that the coupler (20) is formed by a reactive network having a transmission coefficient | f | and has a coupling coefficient \ k \ between coupled poles, where the relationship I*²I + 1'²I = ιI * ² I + 1 ' ² I = ι